Однофазне джерело струму

Однофазне джерело струму, до складу якого входять дросель, конденсатор, перший і другий некеровані випрямлячі та система керування, яке відрізняється тим, що перший випрямляч виконаний на повністю керованих вентилях, а додатково введений однофазний мостовий випрямляч виконаний на базі IGBT-транзисторах, під'єднаний зустрічно-паралельно другому некерованому випрямлячу, до виходу якого під'єднаний конденсатор і датчик напруги на конденсаторі, при цьому входи випрямлячів під'єднані до мережі змінного струму через послідовно з'єднані дросель і додатково введений перший датчик струму, до виходу першого випрямляча під'єднані послідовно з'єднані навантаження, додатково введений другий дросель і другий датчик струму, додатково ведений датчик напруги мережі, вхід якого з'єднаний з затискачами мережі, а вихід з датчиком каліброваного сигналу, вихід якого з'єднаний з першим входом U 2 63521 1 3 використання релейного керування, заміни некерованих випрямлячів керованими та введення двох датчиків струму, що споживається з мережі та в колі навантаження, конденсатора, датчика напруги конденсатора, дроселя і відповідної системи керування забезпечується примусове формування синусоїдального струму, що споживається з мережі, при відсутності фазового зсуву між струмом і напругою мережі, мала чутливість до різноманітних збурень, що діють на джерело, при значному діапазоні регулювання струму навантаження. Поставлена задача вирішується за допомогою того, що однофазне джерело струму, до складу якого входять дросель, конденсатор, перший і другий некеровані випрямлячі та система керування, згідно з корисною моделлю, перший випрямляч виконаний на повністю керованих вентилях, а додатково введений однофазний мостовий випрямляч, виконаний на базі IGBT-транзисторах, під'єднаний зустрічно-паралельно другому некерованому випрямлячу, до виходу якого під'єднаний конденсатор і датчик напруги на конденсаторі, при цьому входи випрямлячів під'єднані до мережі змінного струму через послідовно з'єднані дросель і додатково введений перший датчик струму, до виходу першого випрямляча під'єднані послідовно з'єднані навантаження, додатково введений другий дросель і другий датчик струму, додатково ведений датчик напруги мережі, вхід якого з'єднаний з затискачами мережі, а вихід з датчиком каліброваного сигналу, вихід якого з'єднаний з першим входом перемножувача, другий вхід якого з'єднаний з виходом другого суматора, на підсумовуючий вхід якого надходить сигнал задання величини струму в навантаженні, а віднімаючий вхід з'єднаний з виходом першого суматора, на підсумовуючий вхід якого надходить сигнал задання величини напруги конденсатора, а віднімаючий вхід з'єднаний з виходом датчика напруги на конденсаторі, вихід першого перемножувача з'єднаний з входом першого релейного елемента і підсумовуючим входом третього суматора, віднімаючий вхід якого з'єднаний з виходом першого датчика струму, вихід третього суматора з'єднаний з першим входом другого перемножувача, другий вхід якого з'єднаний з виходом першого релейного елемента, вихід другого перемножувача з'єднаний з входом другого релейного елемента, вихід якого з'єднаний з першим входом логічного пристрою, другий вхід якого з'єднаний з виходом третього релейного елемента, вхід якого з'єднаний з виходом четвертого суматора, на підсумовуючий вхід якого надходить сигнал задання величини струму навантаження, віднімаючий вхід якого з'єднаний з виходом другого датчика струму, при цьому перший вихід логічного пристрою з'єднаний з керуючими електродами вентилів першого випрямляча, а другий вихід логічного пристрою з'єднаний з базами IGВТ-транзисторів. На Фіг.1 представлена схема запропонованого джерела струму. На Фіг.2а, б показані процеси, які відбуваються в джерелі струму. 63521 4 До складу однофазного джерела струму входять дросель, 1 конденсатор 2, перший 3 та другий 4 випрямлячі, при цьому перший 3 випрямляч виконаний на повністю керованих вентилях, а додатково введений однофазний мостовий випрямляч 5, виконаний на базі IGBT-транзисторах, під'єднаний зустрічно-паралельно другому 4 некерованому випрямлячу, до виходу якого під'єднаний конденсатор 2 і датчик напруги на конденсаторі 6, при цьому входи випрямлячів під'єднані до мережі змінного струму через послідовно з'єднані дросель 1 і додатково введений перший датчик струму 7, до виходу першого випрямляча під'єднанні послідовно з'єднані навантаження 8, додатково введений другий дросель 9 і другий датчик струму 10, додатково ведений датчик напруги мережі 11, вхід якого з'єднаний з затискачами мережі, а вихід з датчиком каліброваного сигналу 12, вихід якого з'єднаний з першим входом перемножувача 13, другий вхід якого з'єднаний з виходом другого суматора 14, на підсумовуючий вхід якого надходить сигнал задання величини струму в навантаженні 8, а віднімаючий вхід з'єднаний з виходом першого суматора 15, на підсумовуючий вхід якого надходить сигнал задання величини напруги конденсатора 2, а віднімаючий вхід з'єднаний з виходом датчика напруги 6 на конденсаторі 2, вихід першого перемножувача з'єднаний з входом першого релейного елемента 16 і підсумовуючим входом третього суматора 17, віднімаючий вхід якого з'єднаний з виходом першого датчика струму 7, вихід третього суматора 17 з'єднаний з першим входом другого перемножувача 18, другий вхід якого з'єднаний з виходом першого релейного елемента 16, вихід другого перемножувача 18 з'єднаний з входом другого релейного елемента 19, вихід якого з'єднаний з першим входом логічного пристрою 20, другий вхід якого з'єднаний з виходом третього релейного елемента 21, вхід якого з'єднаний з виходом четвертого суматора 22, на підсумовуючий вхід якого надходить сигнал задання величини струму навантаження 8, віднімаючий вхід якого з'єднаний з виходом другого датчика струму 10, при цьому перший вихід логічного пристрою з'єднаний з керуючими електродами вентилів першого випрямляча 3, а другий вхід логічного пристрою з'єднаний з базами IGВТ-транзисторів. Однофазне джерело струму працює таким чином. Система керування джерелом вирішує дві задачі: примусово формує струм, що споживається з мережі, синусоїдальної форми при відсутності фазового зсуву між напругою та струмом, чим досягається високий ступень електромагнітної сумісності джерела з мережею та формує незмінний за величиною струм в навантаженні заданої величини при зміненні опору навантаження. При цьому струм, що споживається із мережі, і струм в навантаженні повинні залишатися незмінними за величиною і формою при дії на джерело різноманітних збурень (коливання напруги мережі, опору навантаження і інших параметрів). Нечутливість до збурень досягається завдяки застосування релейного принципу керування. 5 Перед початком роботи джерела конденсатор 2 повинен бути попередньо заряджений до напруги UС, що перевищує амплітудне значення лінійної напруги мережі (полярність напруги вказана на Фіг.1) у відповідності з сигналом задання величини напруги конденсатора UСз, який надходить на підсумовуючий вхід першого суматора 15. Після цього джерело готово до роботи. На входи другого 14 і четвертого 22 суматорів одночасно подається сигнал задання на величину струму в навантаженні Idз. Датчик напруги мережі 11 гальванічно розв'язує живильну мережу та систему керування і дає на своєму виході сигнал, що повторює напругу мережі. З цього сигналу датчик 12 формує сигнал синусоїдальної форми одиничної амплітуди, який співпадає за фазою з напругою мережі і надходить на вхід першого 13 перемножувача. Різниця між сигналом задання величини напруги конденсатора UСз і дійсним значення напруги UС надходить на віднімаючий вхід другого 14 суматора. В залежності від того з яким знаком буде сигнал з виходу суматора 1 він буде додаватись до сигналу I dз або відніматись, тобто буде або збільшувати або зменшувати його. Відповідно сигнал з виходу перемножувача 13, який пропорційний амплітуді струму, що споживається з мережі, також буде збільшуватись (якщо потужність на вході джерела Рм буде менше, ніж потребує навантаження Рн згідно з Idз) або зменшуватися, якщо Рм>Рн. Змінення величини амплітуди струму припиняється, як тільки настане Рм=Рн. Сигнал з перемножувача 13 надходить на третій суматор 17, на віднімаючий вхід якого надходить сигнал з виходу першого 1 датчика струму. Сигнал з виходу третього 17 суматора надходить на перший вхід другого 18 перемножувача, на другий вхід якого надходить сигнал з виходу першого 16 релейного елемента, вхід якого з'єднаний з виходом першого 13 перемножувача. Перший 16 релейний елемент забезпечує подальше формування керуючих імпульсів, що надходять на IGBT-транзистори в залежності від того, яка напівхвиля струму в даний момент формується. Сигнал з другого 18 перемножувача надходить на вхід другого 19 релейного елемента, сигнал з виходу якого надходить на вхід логічного пристрою, який формує керуючі імпульси для IGBT-транзисторів (перший вихід). Примусове формування струму синусоїдальної форми, що споживається з мережі, здійснюється таким чином. Як тільки дійсний струм у дроселі 1 стане меншим, ніж заданий струм із, на виході суматора 17, віднімаючий вхід якого з'єднаний з 63521 6 виходом датчика струму 7, з'явиться позитивний сигнал помилки. Якщо він більший за ширину петлі гістерезису релейного елемента 19, останній перемикається і на виході логічного пристрою 20 з'являються імпульси, які відкриють IGBTтранзистори випрямляча 5. Конденсатор 2 при цьому з'єднується послідовно з дроселем так, що під дією напруги конденсатора 2 струм в дроселі починає зростати. Як тільки дійсний струм стане більшим, ніж заданий струм із на величину ширини петлі гістерезису релейного елемента 19, останній знову перемикається в початковий стан, на вході логічного пристрою 20 з'являються імпульси, яку закривають IGBT-транзистори. В результаті напруга конденсатора 2 вмикається в контур дроселя зустрічно струму в ньому, що приводить до його зменшення і т.д. Аналогічно проходить процес формування заданої величини струму в навантаженні. Після подачі на вхід суматора 22 сигналу задання величини струму в навантаженні Idз на його вході з'явиться позитивний сигнал, який надходить на вхід релейного елемента 21. Під дією цього сигналу релейний елемент 21 перемикається і на виході логічного пристрою з'являються імпульси, що надходять на вентилі випрямляча 3, останні вмикаються і в навантаженні починає зростати струм. Як тільки він стане більшим за Іdз, на виході суматора 22 з'явиться негативний сигнал і, якщо він більший, ніж ширина петлі гістерезису релейного елемента 2, останній знову перемикається і вентилі випрямляча 3 закриваються. Струм в навантаженні починає зменшуватись. Як тільки він стане меншим за Idз, на виході суматора 22 з'явиться позитивний сигнал помилки, під дією якого релейний елемент 21 знову перемикається, вентилі включаються і струм Id знову починає збільшуватись і т.д. Середнє значення струму Id буде при цьому відповідати заданій величині струму в навантажені Idз. На Фіг.2а показаний процес формування струму, що споживається із мережі, і струму в навантаженні та реакція джерела на коливання напруги мережі. На Фіг.2б - процес формування струмів і реакція джерела на змінення величини опору навантаження. В обох випадках струм, що споживається, має синусоїдальну форму при відсутності фазового зсуву між напругою і струмом і нечутливість джерела до дії збурень. Таким чином, запропоноване джерело реалізує режим джерела струму при високому ступені електромагнітної сумісності з мережею і інваріантності джерела до дії на нього збурень. 7 63521 8 9 Комп’ютерна верстка А. Рябко 63521 Підписне 10 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601